LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 3
PERCOBAAN JEMBATAN WHEATSTONE UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH
( Praktikum Fisika Dasar 3)
Yang diampu oleh Ibu Nuril Munfahrida, S.Pd, M.Pd, Ph.D
Disusun Oleh : Kelompok 3
Nur Insania (220322609529)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM S1 FISIKA
APRIL 2023
Percobaan Jembatan Wheatstone
A. Tujuan praktikum
1. Memahami fungsi hambatan (resistansi) listrik dalam rangkaian listrik 2. Menyusun rangkaian listrik
3. Menentukan besarnya hambatan listrik dengan menggunkan metode jembatan wheaststone.
4. Menguji kebenaran rumus untuk hubungan seri dan hubungan paralel dari hambatan-hambatan listrik.
B. Dasar teori
Jembatan Whitson adalah perangkat sirkuit yang digunakan untuk mengukur resistansi dari nilai yang tidak diketahui (kuantitas). Tujuan dari jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai resistansi galvanometer yang dilalui arus nol (karena side pass yang besar), sehingga dapat dinyatakan dengan rumus perkalian silang (Lister; 2003 dalam Routerfield; 2009).
Salah satu cara untuk mengukur hambatan adalah dengan menggunakan jembatan Wheatstone. Jembatan Wheatstone adalah alat yang digunakan untuk mengukur hambatan yang besarnya tidak diketahui. Alat tersebut ditemukan oleh Samuel Hunter Christi dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1943. Tujuannya adalah untuk mengukur arus yang mengalir pada galvanometer sampai sama dengan nol, karena potensialnya sama pada kedua ujungnya (Suryatmo; 1974 dalam Lutfii; 2009).
Sebagai termometer, satu resistor di jembatan diganti dengan termistor.
Thermistor ini akan merasakan adanya perubahan temperatur (perubahan temperatur akan mengubah harga resistansi thermistor, serta perubahan resistansi), yang akan menyebabkan perubahan tegangan V. Perubahan tegangan V dapat ditunjukkan dengan alat ukur yang tertera dalam derajat Celcius (Wasito.S; 2006).
Beberapa hukum dasar sirkuit yang terkait dengan jembatan Wheatstone:
1. Hukum Ohm
Hukum Ohm menyatakan bahwa "jika arus mengalir melalui konduktor, besarnya arus sebanding dengan tegangan yang ada di konduktor". Hukum ini diciptakan oleh George Simon Ohm. Secara matematis, ditulis seperti ini:
𝑉 = 𝐼𝑅 dimana:
V = tegangan pada ujung penghantar (volt) I = arus yang mengalir pada penghantar (ampere) R = hambatan dalam konduktor (ohm)
2. Hukum Kirchhoff 1
Hukum pertama Kirchhoff menyatakan bahwa "jumlah arus yang memasuki titik cabang sama dengan jumlah arus yang meninggalkan titik cabang".
Hukum ini ditemukan oleh Crustau Robert Kirchoff (1824-1887). Tentukan arus dalam rangkaian cabang.
3. Hukum Kirchhoff II
Hukum II Kirchhoff menyatakan: "Dalam rangkaian tertutup jumlah aljabar gaya gerak listrik dan penurunan potensial sama dengan nol". Rangkaian jembatan Wheatstone adalah susunan dari 4 resistor, dua di antaranya variabel, resistor dengan ukuran yang tidak diketahui disusun secara seri satu sama lain. Pasang galvanometer pada 2 titik diagonal dan berikan sumber tegangan pada 2 titik diagonal.
Dengan cara ini, resistansi variabel sangat besar, sehingga arus yang mengalir melalui galvanometer = 0. Oleh karena itu, jembatan dalam keadaan ini disebut jembatan seimbang. Menurut hukum Ohm, berlaku persamaan → R1.R2=R3R4
Keterangan R1, 2, 3, 4 = diketahui dan dicari hambatannya. (Suryadi, 2010) Konduktivitas listrik adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Resistor adalah zat yang menghalangi aliran listrik. Galvanometer adalah alat yang merasakan atau mengukur arus dalam suatu rangkaian. (Dedy, 1996)
C. Alat dan bahan
Sumber tegangan DC (Baterai) Kabel penghubung
6 hanbatan keramik yang sudah diketahui.
Perangkat jembatan wheatstone yg berupa mistar disertai kawat
lurus serba sama.
Hambatan R Galvanometer
Hambatan geser (Rheostad)
D. Prosedur percobaan
1. Menyusun rangkaian untuk percobaan seperti gambar 3 (dibawah ini), dengan 𝑋1 (hambatan keramik pertama yang belum diketahui besarnya) pada posisi DB. Memperhatikan supaya penghubung arus S masih tetap terbuka dan rangkaian belum boleh dihubungkan ke sumber arus.
2. Memperiksa rangkaian pada pembibing dan setelah disetujui, menghubungkan rangkaian dengan sumber tegangan arus searah.
3. Memulai dengan kontak geser C di tengah-tengah kawat hambatan, dan menggeser-geser sampai galvanometer menunjukkan angka nol. Kemudian mencatat 𝐿1, 𝐿2 𝑑𝑎𝑛 ℎ𝑎𝑚𝑏𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑅𝑏 yang digunakan.
4. Mengganti hambatan 𝑋1 dengan 𝑋2 (hambatan keramik kedua yang belum diketahui besarnya), dan mengulangi langkang yg ke-3.
5. Menghubungkan secara seri 𝑋1 dengan 𝑋2 pada posisi DB, kemudian melakukan percobaan sepesti langkah ke-3.
6. Menghubungkan secara paralel 𝑋1 dengan 𝑋2 pada posisi DB, kemudian melakukan percobaan sepesti langkah ke-3.
E. Skema percobaan
F. Data pengamatan
No Posisi DB Rb (Ώ) L1 (cm) L2 (cm)
1 X1 4,7 Ώ 17,0 cm 83,0 cm
2 X2 4,7 Ώ 19,3 cm 80,7 cm
3 X1 dan X2 Seri 4,7 Ώ 15,7 cm 84,3 cm 4 X1 dan X2 Paralel 4,7 Ώ 12,9 cm 87,1 cm
NST Mistar : 0,1 cm
½ NST : 0,05 cm
Variabel bebas : Panjang mistar (𝐿1Dan𝐿2 )
Variabel terikat : 𝑋1, 𝑋2, 𝑋1 𝑑𝑎𝑛 𝑋2 𝑆𝑒𝑟𝑖, 𝑋1 𝑑𝑎𝑛 𝑋2 Paralel Variabel kontrol : Hambatan (Rb)
G. Analis data
1. Metode kuantitatif
Untuk memperoleh nilai hambatan 𝑋1 𝑑𝑎𝑛 𝑋2 menggunakan persamaan;
𝑋 =𝐿2 𝐿1× 𝑅𝑏
Untuk memperoleh nilai hambatan 𝑋1 𝑑𝑎𝑛 𝑋2 secara seri menggunakan persamaan;
𝑋𝑠 = 𝑋1+ 𝑋2
Untuk memperoleh nilai hambatan 𝑋1 𝑑𝑎𝑛 𝑋2 secara paralel menggunakan persamaan;
1 𝑋𝑝= 1
𝑋1+ 1 𝑋2
Ralat rambat yang digunakan sebagai berikut;
𝑆𝑋 = √|𝜕𝑥
𝜕𝐿1 2
3∆𝐿1|2+ |𝜕𝑥
𝜕𝐿2 2
3∆𝐿2|2 + |𝜕𝑥
𝜕𝑅𝑏 2
3∆𝑅𝑏|2 𝑆𝑋 = √|𝜕
𝐿2 𝐿1𝑅𝑏
𝜕𝐿1 2 3∆𝐿1|
2
+ |𝜕
𝐿2 𝐿1𝑅𝑏
𝜕𝐿2 2 3∆𝐿2|
2
+ |𝜕
𝐿2 𝐿1𝑅𝑏
𝜕𝑅𝑏 2 3∆𝑅𝑏|
2
𝑆𝑋 = √|𝐿2𝑅𝑏
(𝐿1)2 2
3∆𝐿1|2+ |𝑅𝑏
𝐿1 2
3∆𝐿2|2+ |𝐿2
𝐿1 2 3∆𝑅𝑏|2
Ralat relatif 𝑅𝑋 =𝑆𝑋
𝑋 × 100%
2. Analisis perhitungan
1. Berdasarkan data, menghitung besarnya;
a) Hambatan 𝑋1 𝑥 =𝐿2
𝐿1𝑅𝑏 𝑋1 =83,0
17,04,7 = 22,9476 Ω
𝑆𝑋 = √|𝐿2𝑅𝑏
(𝐿1)2.2
3. ∆𝐿1|2+ |Rb
𝐿1.2
3. ∆𝐿2|2+ |L2
𝐿1.2
3. ∆𝑅𝑏|2
= √|83,0.4,7
(17,0)2.2
3. 0,05|2 + |4,7
17,0.2
3. 0,05|2+ |83,0
17,0.2
3. 0,05|2
= 0,169102 Ω 𝑅𝑥 =𝑆𝑥
X × 100 % = 0,169102
22,9476 × 100%
= 0,7369 % (4AP)
Jadi, nilai X= (22,94 ± 0,1691)Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7369
% (4AP)
b) Hambatan 𝑋2 𝑥 =𝐿2
𝐿1𝑅𝑏
𝑋2 =80,7
19,34,7 = 19,65233 Ω
𝑆𝑋 = √|𝐿2𝑅𝑏 (𝐿1)2.2
3. ∆𝐿1|
2
+ |Rb 𝐿1 .2
3. ∆𝐿2|
2
+ |L2 𝐿1.2
3. ∆𝑅𝑏|
2
= √|80,7.4,7
(19,3)2.2
3. 0,05|2 + |4,7
19,3.2
3. 0,05|2+ |80,7
19,3.2
3. 0,05|2
= 0,143681 Ω
𝑅𝑥 =𝑆𝑥
X × 100 %
= 0,143681
19,65233 × 100%
= 0,7311 % (4AP)
Jadi, nilai X = (19,65 ± 0,1436)Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7311 % (4AP)
c) Hambatan susunan seri 𝑋1 dengan 𝑋2 𝑥 =𝐿2
𝐿1𝑅𝑏
Xs =84,3
15,74,7 = 25,23631 Ω
𝑆𝑋 = √|𝐿2𝑅𝑏
(𝐿1)2.2
3. ∆𝐿1|2+ |Rb
𝐿1.2
3. ∆𝐿2|2+ |L2
𝐿1.2
3. ∆𝑅𝑏|2 = √|84,3.4,7
(15,7)2.2
3. 0,05|2+ |4,7
15,7.2
3. 0,05|2+ |84,3
15,7.2
3. 0,05|2 = 0,187095 Ω
RX =𝑆𝑥
X × 100%
= 0,187095
25,23631 × 100%
= 0,7414 % (4AP)
Jadi, nilai X seri= (25,23 ± 0,1871)Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7414 % (4AP)
d) Hambatan susunan paralel 𝑋1 dengan 𝑋2 𝑥 =𝐿2
𝐿1𝑅𝑏 X1 = 87,1
12,94,7 = 31,734109 Ω
𝑆𝑋 = √|𝐿2𝑅𝑏
(𝐿1)2.2
3. ∆𝐿1|2+ |Rb
𝐿1.2
3. ∆𝐿2|2+ |L2
𝐿1.2
3. ∆𝑅𝑏|2 = √|87,1.4,7
(12,9)2.2
3. 0,05|2 + |4,7
12,9.2
3. 0,05|2+ |87,1
12,9.2
3. 0,05|2 = 0,239845 Ω
𝑅𝑥 =𝑆𝑥
X × 100%
= 0,239845
31,734109 × 100%
= 0,7558 % (4AP)
Jadi, nilai X paralel = (31,73 ± 0,2398 )Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7558 % (4AP)
2. Menggunakan nilai 𝑋1 dan 𝑋2 yang diperoleh dari percobaan ini untuk menghitung susunan seri kedua hambatan dengan rumus susunan seri (menurut teori). Juga menghitung susunan paralel kedua hambatan dengan rumus susunan paralel (menurut teori).
Percobaan X1 dan X2 seri Menurut teori Xseri = 𝑋1+ 𝑋2 = 22,9 + 19,7 = 42,6 Ω Kesalahan Relatif
𝑅𝑋𝑠 = |𝑋𝑠(ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔) − 𝑋𝑠(𝑑𝑎𝑡𝑎)
𝑋𝑠(ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔) | × 100%
= |42,6 − 25,2
42,6 | × 100%
= 41% (2 𝐴𝑃)
Susunan X1 dan X2 secara Paralel menurut Teori 1
𝑋𝑝 = 1 𝑋1+ 1
𝑋2
1
𝑋𝑝 =𝑋2+ 𝑋1 𝑋1𝑋2
𝑋𝑝 = 𝑋1𝑋2 𝑋2+ 𝑋1
= 42,6 × 25,2 25,2 + 42,6
= 15,8 Ω
Kesalahan Relatif
𝑅𝑋𝑝 = |𝑋𝑝(ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔) − 𝑋𝑝(𝑑𝑎𝑡𝑎)
𝑋𝑝(ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔) | × 100%
= |15,8 − 22,9
15,8 | × 100%
= 44% (2 𝐴𝑃)
Tabel Data Pengamatan dan perhitungan 𝑿𝟏 dan 𝑿𝟐
No. Percobaan
Nilai Hambatan (Ω)
𝑆𝑥 (Ω) 𝑅𝑥 (%)
Menurut teori (Ω)
Ralat relative (%)
1 X1 22,9476 0,169102 0,7369
2 X2 19,65233 0,143681 0,7311
3
X1 dan X2
seri 25,23631 0,187095 0,7414 42,6 41
4
X1 dan X2
paralel 31,734109 0,239845 0,7558 15,8 44
H. Pembahasan
Dalam percobaan yang dilakukan tentang jembatan Wheatstone yaitu jembatan Wheatstone terdapat 4 metode didalamnya yaitu menghitung hambatan dengan jalur utama, menggunakan multimeter, rheostat, dan menerapkan 3 hukum tersebut. Diantaranya, hukum ohm, dimana V:IR. Hukum Kirchhoff 1 (di mana ε t masuk dan keluar) dan Hukum Kirchhoff II (di mana ε v = 0). Jembatan Wheatstone dapat digunakan untuk mengukur nilai resistansi pada arus nol.
Hukum Ohm dalam metode jembatan Wheatstone menjelaskan hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus. Besarnya arus yang mengalir pada galvanometer disebabkan oleh hambatan pada hukum Kirchhoff 1 dan 2, yang berhubungan dengan metode jembatan Wheatstone ketika hambatannya seimbang, karena besarnya arus yang melintasi galvanometer adalah sama, sehingga adalah saling mengimbangi.
Dapat dituliskan bahwa hasil yang diperoleh dari percobaan jembatan Wheatstone adalah membandingkan hambatan yang diketahui dengan hambatan yang tidak diketahui, tentunya dalam keadaan jembatan disebut seimbang yaitu galvanometer menunjukkan angka nol. Sehingga dapat dilihat bahwa pada percobaan percobaan hambatan X1 memperoleh nilai sebesar X = (22,94 ± 0,1691)Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7369 % (4AP) dan pada percobaan hambatan X2 di dapatkan nilai sebesar X = (19,65 ± 0,1436)Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7311 % (4AP) dimana ralat yang di peroleh tidak teralalu besar. Sama halnya dengan ralat yang di peroleh pada hambatan seri dan paralel.
Dari hasil analisis data didapatkan hambatan pada X1 dengan X2 adalah nilai X seri= (25,23 ± 0,1871)Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7414 % (4AP). Dan
dari hasil perhitungan menurut teori di dapat nilai susunan seri X1 dengan X2 adalah 42,6 Ω dengan ralat relative sebesar 41% (2AP). Nilai yang di dapat baik dari hasil percobaan maupun dari hasil perhitungan menurut teori cukup jauh perbedaanya. Dapat diambil kesimpulan bahwa pada percobaan kali ini hasil yang di peroleh tidak sesuai dengan tero hukum ohm.
Dan dari hasil percobaan di dapat nilai susunan paralel X1 dengan X2 adalah nilai X paralel = (31,73 ± 0,2398 )Ω dengan ralat relatif sebesar 0,7558 % (4AP). Namun dari hasil perhitungan menurut teori di dapat nilai susunan paralel X1 dengan X2 adalah Xpararel = 15,8 Ω dengan ralat relative sebesar 44%. Nilai yang di dapat dari hasil percobaan dan dari hasil perhitungan menurut teori tidak sama dan jauh perbedaannya.
Keterkaitan antara konsep jembatan Wheatstone dengan hasil praktikum sangat erat kaitannya, konsep jembatan Wheatstone dibandingkan dengan hambatan yang sudah diketahui, yang juga kami gunakan dalam praktikum. Kesalahan yang terjadi selama latihan disebabkan oleh praktisi itu sendiri, juga oleh alat latihan. Bagi para praktisi, para praktisi ini seringkali tidak mengetahui konsep jembatan Wheatstone, sehingga hasil yang dicapai tidak ideal.
Dan juga arus yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan permanen pada tahanan, kondisi ini tidak boleh terjadi, karena akan terjadi kesalahan pada pengukuran-pengukuran selanjutnya, dan karena itu untuk mengatasi masalah ini, maka disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya, sehingga nilai arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.
I. Kesimpulan
Dari praktikum yang telah dilaksanakan dapat disimpulkan bahwa Jembatan Wheatstone adalah rangkaian yang terdiri dari empat buah hambatan seperti R1 , R2 dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan Rx adalah hambatan yang akan di cari besarnya konsep dari jembatan wheatstone yaitu melakukan perbandingan antara besar hambatan
yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada angka nol, Galvanometer adalah alat ukur yang memiliki kepekaan tinggi oleh karena itu galvanometer dipakai pengukuran dengan tegangan kecil.
Berikut dibawah ini hasil analisis data yang kami peroleh dari percobaaan ini adalah
No. Percobaan
Nilai Hambatan (Ω)
𝑆𝑥 (Ω) 𝑅𝑥 (%)
Menurut teori (Ω)
Ralat relative (%)
1 X1 22,9476 0,169102 0,7369
2 X2 19,65233 0,143681 0,7311
3
X1 dan X2
seri 25,23631 0,187095 0,7414 42,6 41
4
X1 dan X2
paralel 31,734109 0,239845 0,7558 15,8 44
J. Daftar pustaka
Lutfii,2009.Jembatan Wheastone. http://loophee. files. wordpress .com
/2011/02/ jembatan-wheatstone1.doc. Diakses pada Senin.,10 april 2023 pukul 20.00 WIB
Sutrisno dan Tan Ik Gie. 1979. Fisika Dasar: Listrik, Magnet, dan Termofisika.ITB:Bandung
S.Wasito.2006. Vademekum Elektronika. Gramedia Pustaka Utama: Jakarta Suryadi, Muhammad. 2010. Fisika Dasar untuk Teknik. Jakarta: Gramedia Dedi, Murnawan. 1996. Fisika dasar dalam praktikum. Surabaya: Bumi Aksara
Tim Fisika Dasar. 2023. Modul praktikum fisika dasar 3. Malang: jurusan fisika FMIPA UM.
LAMPIRAN
